电控伺服变量液压泵及其嵌入式控制系统关键技术研究

发布时间：2017-10-12 23:23

  本文关键词：电控伺服变量液压泵及其嵌入式控制系统关键技术研究

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【摘要】：变量泵作为液压系统的动力元件之一,对系统性能起着举足轻重的作用,各应用领域对于变量泵的控制性能和控制灵活性要求越来越高。轴向柱塞泵作为一种变量液压泵,具有压力等级高、噪声低、运转平稳等特点被广泛应用于矿山、工程机械、船舶等领域。但传统轴向柱塞泵的变量机构结构复杂、设计与加工难度高,且变量控制的灵活性较低。本学位论文的研究对象是一种电控伺服变量液压泵,采用高速开关阀作为变量控制阀,基于传感器的信号反馈,采用嵌入式控制器进行程序控制,具有变量机构简单,变量控制灵活,可程序控制等优点,具有一定的学术研究价值,也对工程实践有一定的指导意义。本学位论文首先讨论了电控伺服变量泵的工作原理,从传感器信号反馈、高速开关阀变量控制和嵌入程序控制三方面分析了电控伺服变量泵的液压原理和控制原理。然后基于ProE三维设计软件,设计了电控伺服变量泵的结构方案,对高速开关阀的安置方式和角度传感器检测斜盘角度的结构方案进行了重点研究。在AEMSim中建立电控伺服变量泵的液压仿真模型,在LabVIEW中建立控制器仿真模型,采用联合仿真技术得到电控伺服变量泵对压力、流量、功率等输入信号的动态控制曲线,仿真结果证明电控伺服变量泵原理方案的可行性。采用ARM控制芯片,利用Altium Designer软件设计嵌入式控制器,对各电路模块进行了详细分析,设计PCB并制作实验板。本学位论文还搭建了试验台,在该试验台上完成了电控伺服变量泵的动静态控制特性实验。实验结果表明本课题设计的电控伺服变量泵具有很好的控制灵活性,动态控制性能良好,静态控制时可以消除传统控制阀里弹簧造成的压差,恒功率工作曲线为双曲线。本学位论文各章节主要内容如下：第一章为绪论部分,指出本课题的研究背景和意义,介绍了国内外关于电控伺服变量泵、轴向柱塞泵变量控制方法以及高速开关阀的相关研究现状,在此基础上,提出本文的研究内容。第二章讨论了电控伺服变量泵的原理和结构设计方案,从液压原理和控制原理两方面分析了电控伺服变量泵的工作原理。采用ProE三维设计软件,设计了基于高速开关阀作为变量控制阀的结构方案,以及角度传感器检测斜盘转角的结构方案,随后给出了电控伺服变量泵的总装设计图。第三章为电控伺服变量泵的建模与仿真,在AMESim中建立液压仿真模型,在LabVIEW中建立控制器仿真模型,采用联合仿真技术实现电控伺服变量泵的系统仿真。在仿真模型中建立加载系统,在控制器模型中建立参数调节和控制模式设置功能,通过仿真研究了电控伺服变量泵在压力控制、流量控制和功率控制时的动态控制性能。第四章为嵌入式控制器及其程序设计,选择Cortex-M3架构的ARM微控制器,设计主芯片的外围电路。采用Altium Designer电路设计软件,较为详细地讨论了各功能模块的电路设计方案。根据电控伺服变量泵的功能需求,将程序设计模块化,编写嵌入式控制程序,分模块简要分析了程序的设计原理和实现方法。第五章为实验部分,设计并搭建了电控伺服变量泵性能试验台,简要介绍了试验台的液压和电气原理,在试验台上设计电控伺服变量泵的实验方案。通过实验研究了电控伺服变量泵在压力控制、流量控制和功率控制状态下的静态工作曲线和动态控制性能。第六章对全文进行总结,对下一步工作提出展望。
【关键词】：变量泵 电控 伺服 高速开关阀 嵌入式 联合仿真 AMESim LabVIEW
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.51;TP273
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Summary7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 国内外相关研究现状14-22
• 1.2.1 轴向柱塞泵的变量控制研究现状14-17
• 1.2.2 电控伺服变量泵及其控制器研究现状17-19
• 1.2.3 高速开关阀及其控制的研究现状19-22
• 1.3 课题主要研究内容22-24
• 第二章 电控伺服变量泵原理分析与结构设计24-46
• 2.1 电控伺服变量泵原理分析24-35
• 2.1.1 电控伺服变量泵工作原理24-27
• 2.1.2 电控伺服变量泵控制原理27-30
• 2.1.3 斜盘力矩分析30-35
• 2.2 电控伺服变量泵结构设计方案35-40
• 2.2.1 轴向柱塞泵基体设计35-36
• 2.2.2 高速开关阀安装结构及控制油路设计36-37
• 2.2.3 斜盘转角检测结构设计37-39
• 2.2.4 基于高速开关阀的电控伺服变量泵三维总装39-40
• 2.3 基于比例阀与伺服电机控制的变量泵设计40-45
• 2.3.1 基于比例阀的电控伺服变量泵设计40-43
• 2.3.2 基于伺服电机的电控伺服变量泵设计43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 电控伺服变量液压泵仿真分析46-62
• 3.1 基于AMESIM的液压仿真模型46-54
• 3.1.1 变量泵基体单柱塞仿真模型46-48
• 3.1.2 电磁高速开关阀仿真模型48-50
• 3.1.3 斜盘及其控制活塞仿真模型50-52
• 3.1.4 电控伺服变量泵联合仿真模型52-54
• 3.2 基于LABVIEW的控制器仿真模型54-55
• 3.3 仿真结果与分析55-61
• 3.3.1 变输入信号控制性能仿真56-58
• 3.3.2 稳态抗干扰控制性能仿真58-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 电控伺服变量泵嵌入式控制系统设计62-80
• 4.1 基于ARM的嵌入式控制器硬件设计62-70
• 4.1.1 系统电源模块设计62-64
• 4.1.2 传感器信号采集电路设计64-65
• 4.1.3 可变占空比PWM输出电路设计65-66
• 4.1.4 CAN总线接口电路设计66-67
• 4.1.5 工业以太网接口电路设计67-68
• 4.1.6 PCB设计及实验板焊制68-70
• 4.2 嵌入式控制器程序设计70-79
• 4.2.1 程序总体结构70-71
• 4.2.2 程序相关配置71-73
• 4.2.3 控制算法设计73-75
• 4.2.4 核心程序模块75-79
• 4.3 本章小结79-80
• 第五章 试验台搭建及电控伺服变量泵控制特性实验80-97
• 5.1 电控伺服变量泵试验台搭建80-87
• 5.1.1 试验台方案概述80
• 5.1.2 液压系统简介80-83
• 5.1.3 电气及测控系统简介83-85
• 5.1.4 试验台总装85-87
• 5.2 电控伺服变量泵控制特性实验87-96
• 5.2.1 实验方案设计87-88
• 5.2.2 静态控制特性实验结果与分析88-90
• 5.2.3 动态控制特性实验结果与分析90-96
• 5.3 实验结论96
• 5.4 本章小结96-97
• 第六章 总结与展望97-99
• 6.1 总结97-98
• 6.2 展望98-99
• 参考文献99-104
• 作者简介及攻读硕士期间科研成果104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 焦宗夏;王占林;;变量机构主要参数的优化设计[J];机床与液压;1993年06期

2 费重程;王钦若;曹国勇;;基于单片机的高速液压控制系统的设计[J];机床与液压;2009年08期

3 赵新泽;曹正;劳海军;;基于Simulink的新型电液比例排量柱塞泵仿真分析[J];机床与液压;2010年11期

4 高波;付永领;裴忠才;齐海涛;;伺服泵的电动变量机构[J];机械工程学报;2006年03期

5 程晓东;张作龙;;恒功率恒压变量泵的特性及前景[J];机械;2006年11期

6 莫波,雷明,曹泛;恒功率恒压泵变量机构的调节原理[J];液压与气动;2002年06期

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本文编号：1021521